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步进电动机的工作原理及驱动方法

所属分类:凤凰彩票平台新闻 发布时间:2019-05-23 20:27 作者:凤凰彩票_凤凰彩票 文章来源:凤凰彩票平台

  的输入量是脉冲序列,输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下,它每转一周具有固定的步数;做连续步进运动时,其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系,不受电压波动和负载变化的影响。由于

  (1)反应式步进电动机(VR)。反应式步进电动机结构简单,生产成本低,步距角小;但动态性能差。

  (2)永磁式步进电动机(PM)。永磁式步进电动机出力大,动态性能好;但步距角大。

  (3)混合式步进电动机(HB)。混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点,它的步距角小,出力大,动态性能好,是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。

  图1是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。电机的定子上有六个均布的磁极,其夹角是60。各磁极上套有线连成A、B、C三相绕组。转子上均布40个小齿。所以每个齿的齿距为E=360/40=9,而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿,且定子和转子的齿距和齿宽均相同。由于定子和转子的小齿数目分别是30和40,其比值是一分数,这就产生了所谓的齿错位的情况。若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐,如图1,那么B相和C相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距,即3。因此,B、C极下的磁阻比A磁极下的磁阻大。若给B相通电,B相绕组产生定子磁场,其磁力线穿越B相磁极,并力图按磁阻最小的路径闭合,这就使转子受到反应转矩(磁阻转矩)的作用而转动,直到B磁极上的齿与转子齿对齐,恰好转子转过3;此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对B相绕组通电,而改为C相绕组通电,同理受反应转矩的作用,转子按顺时针方向再转过3。依次类推,当三相绕组按ABCA顺序循环通电时,转子会按顺时针方向,以每个通电脉冲转动3的规律步进式转动起来。若改变通电顺序,按ACBA顺序循环通电,则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动3的规律转动。因为每一瞬间只有一相绕组通电,并且按三种通电状态循环通电,故称为单三拍运行方式。单三拍运行时的步矩角b为30。三相步进电动机还有两种通电方式,它们分别是双三拍运行,即按ABBCCAAB顺序循环通电的方式,以及单、双六拍运行,即按AABBBCCCAA顺序循环通电的方式。六拍运行时的步矩角将减小一半。反应式步进电动机的步距角可按下式计算:

  步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作,而必须使用专用的步进电动机驱动器,如图2所示,它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。驱动单元与步进电动机直接耦合,也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口,这里予以简单介绍。

  实用电路如图3所示。在电机绕组回路中串有电阻Rs,使电机回路时间常数减小,高频时电机能产生较大的电磁转矩,还能缓解电机的低频共振现象,但它引起附加的损耗。一般情况下,简单单电压驱动线路中,Rs是不可缺少的。Rs对步进电动机单步响应的改善如图3(b)。{{分页}}

  h为高压有效控制信号,U为脉冲调宽驱动控制信号。图中,功率管TH和二极管DL构成电源转换电路。当Uh低电平,TH关断,DL正偏置,低电压UL对绕组供电。反之Uh高电平,TH导通,DL反偏,高电压UH对绕组供电。这种电路可使电机在高频段也有较大出力,而静止锁定时功耗减小。3.高低压功率驱动接口

  高低压功率驱动接口如图5所示。高低压驱动的设计思想是,不论电机工作频率如何,均利用高电压U

  s,消除了附加损耗。高低压驱动功率接口也有两个输入控制信号Uh和Ul,它们应保持同步,且前沿在同一时刻跳变,如图5所示。图中,高压管VTH的导通时间tl不能太大,也不能太小,太大时,电机电流过载;太小时,动态性能改善不明显。一般可取1~3ms。(当这个数值与电机的电气时间常数相当时比较合适)。{{分页}}4.斩波恒流功率驱动接口恒流驱动的设计思想是,设法使导通相绕组的电流不论在锁定、低频、高频工作时均保持固定数值。使电机具有恒转矩输出特性。这是目前使用较多、效果较好的一种功率接口。图6是斩波恒流功率接口原理图。图中R是一个用于电流采样的小阻值电阻,称为采样电阻。当电流不大时,VT1

  2被封锁,电源U被切除。由于电机绕组具有较大电感,此时靠二极管VD续流,维持绕组电流,电机靠消耗电感中的磁场能量产生出力。此时电流将按指数曲线衰减,同样电流采样值将减小。当电流小于恒流给定的数值,VT2导通,电源再次接通。如此反复,电机绕组电流就稳定在由给定电平所决定的数值上,形成小小的锯齿波,如图6所示。图6 斩波恒流功率驱动接口

  5.升频升压功率驱动接口为了进一步提高驱动系统的高频响应,可采用升频升压功率驱动接口。这种接口对绕组提供的电压与电机的运行频率成线性关系。它的主回路实际上是一个开关稳压电源,利用频率-电压变换器,将驱动脉冲的频率转换成直流电平,并用此电平去控制开关稳压电源的输入,这就构成了具有频率反馈的功率驱动接口。

  L298芯片是一种H桥式驱动器,它设计成接受标准TTL逻辑电平信号,可用来驱动电感性负载。H桥可承受46V电压,相电流高达2.5A。L298(或XQ298,SGS298)的逻辑电路使用5V电源,功放级使用5~46V电压,下桥发射极均单独引出,以便接入电流取样电阻。L298(等)采用15脚双列直插小瓦数式封装,工业品等级。它的内部结构如图7所示。H桥驱动的主要特点是能够对电机绕组进行正、反两个方向通电。L298特别适用于对二相或四相步进电动机的驱动。{{分页}}

  与L298类似的电路还有TER公司的3717,它是单H桥电路。SGS公司的SG3635则是单桥臂电路,IR公司的IR2130则是三相桥电路,Allegro公司则有A2916、A3953等小功率驱动模块。

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